与えられた逆三角関数の方程式を解き、$x$の値を求めます。 (1) $\sin^{-1}\frac{4}{5} + \sin^{-1}\frac{5}{13} = \cos^{-1}x$ (2) $\tan^{-1}\frac{1}{2} - \tan^{-1}\frac{3}{4} = \sin^{-1}x$ (3) $\sin^{-1}\frac{2}{\sqrt{13}} + \cos^{-1}\frac{3}{5} = \tan^{-1}x$ (4) $\cos^{-1}\frac{2}{3} + \cos^{-1}\frac{1}{4} = \sin^{-1}x$

解析学逆三角関数加法定理三角関数
2025/6/4
はい、承知いたしました。三角関数の加法定理を用いて、逆三角関数の方程式を解く問題ですね。各問題について順に解説します。

1. 問題の内容

与えられた逆三角関数の方程式を解き、xxの値を求めます。
(1) sin145+sin1513=cos1x\sin^{-1}\frac{4}{5} + \sin^{-1}\frac{5}{13} = \cos^{-1}x
(2) tan112tan134=sin1x\tan^{-1}\frac{1}{2} - \tan^{-1}\frac{3}{4} = \sin^{-1}x
(3) sin1213+cos135=tan1x\sin^{-1}\frac{2}{\sqrt{13}} + \cos^{-1}\frac{3}{5} = \tan^{-1}x
(4) cos123+cos114=sin1x\cos^{-1}\frac{2}{3} + \cos^{-1}\frac{1}{4} = \sin^{-1}x

2. 解き方の手順

(1) sin145+sin1513=cos1x\sin^{-1}\frac{4}{5} + \sin^{-1}\frac{5}{13} = \cos^{-1}x
α=sin145,β=sin1513\alpha = \sin^{-1}\frac{4}{5}, \beta = \sin^{-1}\frac{5}{13} とおくと、
sinα=45,sinβ=513\sin\alpha = \frac{4}{5}, \sin\beta = \frac{5}{13}
cosα=1(45)2=35,cosβ=1(513)2=1213\cos\alpha = \sqrt{1 - (\frac{4}{5})^2} = \frac{3}{5}, \cos\beta = \sqrt{1 - (\frac{5}{13})^2} = \frac{12}{13}
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ=451213+35513=48+1565=6365\sin(\alpha+\beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta = \frac{4}{5}\cdot\frac{12}{13} + \frac{3}{5}\cdot\frac{5}{13} = \frac{48+15}{65} = \frac{63}{65}
α+β=sin16365\alpha + \beta = \sin^{-1}\frac{63}{65}
sin16365=cos1x\sin^{-1}\frac{63}{65} = \cos^{-1}x
cos(sin16365)=x\cos(\sin^{-1}\frac{63}{65}) = x
cos(sin16365)=1(6365)2=652632652=(65+63)(6563)652=1282652=256652=1665\cos(\sin^{-1}\frac{63}{65}) = \sqrt{1 - (\frac{63}{65})^2} = \sqrt{\frac{65^2 - 63^2}{65^2}} = \sqrt{\frac{(65+63)(65-63)}{65^2}} = \sqrt{\frac{128 \cdot 2}{65^2}} = \sqrt{\frac{256}{65^2}} = \frac{16}{65}
x=1665x = \frac{16}{65}
(2) tan112tan134=sin1x\tan^{-1}\frac{1}{2} - \tan^{-1}\frac{3}{4} = \sin^{-1}x
α=tan112,β=tan134\alpha = \tan^{-1}\frac{1}{2}, \beta = \tan^{-1}\frac{3}{4}
tan(αβ)=tanαtanβ1+tanαtanβ=12341+1234=2341+38=14118=14811=211\tan(\alpha - \beta) = \frac{\tan\alpha - \tan\beta}{1 + \tan\alpha\tan\beta} = \frac{\frac{1}{2} - \frac{3}{4}}{1 + \frac{1}{2}\cdot\frac{3}{4}} = \frac{\frac{2-3}{4}}{1 + \frac{3}{8}} = \frac{-\frac{1}{4}}{\frac{11}{8}} = -\frac{1}{4}\cdot\frac{8}{11} = -\frac{2}{11}
tan1(211)=sin1x\tan^{-1}(-\frac{2}{11}) = \sin^{-1}x
sin(tan1(211))=x\sin(\tan^{-1}(-\frac{2}{11})) = x
tanθ=211\tan\theta = -\frac{2}{11}. sinθ=tanθ1+tan2θ=2111+(211)2=211121+4121=21112511=2125=255=2525\sin\theta = \frac{\tan\theta}{\sqrt{1+\tan^2\theta}} = \frac{-\frac{2}{11}}{\sqrt{1+(\frac{2}{11})^2}} = \frac{-\frac{2}{11}}{\sqrt{\frac{121+4}{121}}} = \frac{-\frac{2}{11}}{\frac{\sqrt{125}}{11}} = -\frac{2}{\sqrt{125}} = -\frac{2}{5\sqrt{5}} = -\frac{2\sqrt{5}}{25}
x=2525x = -\frac{2\sqrt{5}}{25}
(3) sin1213+cos135=tan1x\sin^{-1}\frac{2}{\sqrt{13}} + \cos^{-1}\frac{3}{5} = \tan^{-1}x
α=sin1213,β=cos135\alpha = \sin^{-1}\frac{2}{\sqrt{13}}, \beta = \cos^{-1}\frac{3}{5}
sinα=213,cosβ=35\sin\alpha = \frac{2}{\sqrt{13}}, \cos\beta = \frac{3}{5}
cosα=1(213)2=1413=913=313,sinβ=1(35)2=1925=1625=45\cos\alpha = \sqrt{1 - (\frac{2}{\sqrt{13}})^2} = \sqrt{1 - \frac{4}{13}} = \sqrt{\frac{9}{13}} = \frac{3}{\sqrt{13}}, \sin\beta = \sqrt{1 - (\frac{3}{5})^2} = \sqrt{1 - \frac{9}{25}} = \sqrt{\frac{16}{25}} = \frac{4}{5}
tanα=sinαcosα=2/133/13=23,tanβ=sinβcosβ=4/53/5=43\tan\alpha = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} = \frac{2/\sqrt{13}}{3/\sqrt{13}} = \frac{2}{3}, \tan\beta = \frac{\sin\beta}{\cos\beta} = \frac{4/5}{3/5} = \frac{4}{3}
tan(α+β)=tanα+tanβ1tanαtanβ=23+4312343=63189=219=18\tan(\alpha + \beta) = \frac{\tan\alpha + \tan\beta}{1 - \tan\alpha\tan\beta} = \frac{\frac{2}{3} + \frac{4}{3}}{1 - \frac{2}{3}\cdot\frac{4}{3}} = \frac{\frac{6}{3}}{1 - \frac{8}{9}} = \frac{2}{\frac{1}{9}} = 18
tan(α+β)=18\tan(\alpha + \beta) = 18
α+β=tan1x\alpha + \beta = \tan^{-1}x
tan118=tan1x\tan^{-1}18 = \tan^{-1}x
x=18x = 18
(4) cos123+cos114=sin1x\cos^{-1}\frac{2}{3} + \cos^{-1}\frac{1}{4} = \sin^{-1}x
α=cos123,β=cos114\alpha = \cos^{-1}\frac{2}{3}, \beta = \cos^{-1}\frac{1}{4}
cosα=23,cosβ=14\cos\alpha = \frac{2}{3}, \cos\beta = \frac{1}{4}
sinα=1(23)2=149=59=53,sinβ=1(14)2=1116=1516=154\sin\alpha = \sqrt{1 - (\frac{2}{3})^2} = \sqrt{1 - \frac{4}{9}} = \sqrt{\frac{5}{9}} = \frac{\sqrt{5}}{3}, \sin\beta = \sqrt{1 - (\frac{1}{4})^2} = \sqrt{1 - \frac{1}{16}} = \sqrt{\frac{15}{16}} = \frac{\sqrt{15}}{4}
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ=5314+23154=512+21512=5+21512\sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta = \frac{\sqrt{5}}{3}\cdot\frac{1}{4} + \frac{2}{3}\cdot\frac{\sqrt{15}}{4} = \frac{\sqrt{5}}{12} + \frac{2\sqrt{15}}{12} = \frac{\sqrt{5} + 2\sqrt{15}}{12}
sin(α+β)=5+21512\sin(\alpha + \beta) = \frac{\sqrt{5} + 2\sqrt{15}}{12}
α+β=sin1x\alpha + \beta = \sin^{-1}x
sin1(5+21512)=sin1x\sin^{-1}(\frac{\sqrt{5} + 2\sqrt{15}}{12}) = \sin^{-1}x
x=5+21512x = \frac{\sqrt{5} + 2\sqrt{15}}{12}

3. 最終的な答え

(1) x=1665x = \frac{16}{65}
(2) x=2525x = -\frac{2\sqrt{5}}{25}
(3) x=18x = 18
(4) x=5+21512x = \frac{\sqrt{5} + 2\sqrt{15}}{12}

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